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钛酸钡基NTC热敏陶瓷电阻的制备与研究
作 者: 黄振兴
导 师: 邓昭平;杨敬义
学 校: 成都理工大学
专 业: 材料学
关键词: 钛酸钡 NTC 高室温电阻率 BN掺杂
分类号: TQ174.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
钛酸钡基陶瓷材料在居里点Tc之前呈现良好的NTC特性,关于BaTiO3陶瓷在NTC特性及其机理方面的研究,迄今国内外很少见报导,是一个比较新的研究方向。钛酸钡基NTC功能陶瓷有着广阔的市场应用前景和重要的研究价值。根据氧化物半导体理论获得高电阻率、低B值材料是困难的。为满足物联网、汽车电子、各种半导体器等对宽温区温度补偿和测温应用急剧增长的需要,因此要求NTC热敏材料实现高电阻值、低B值。而采用常规的热敏材料配方是无法实现的。高电阻值、低B值热敏材料己成为当今负温度系数热敏电阻制造的一大难题。本实验采用固相合成法合成BaTiO3基NTC热敏陶瓷电阻材料,通过添加Pb以提高材料的居里点,以扩大NTC元件的工作温度范围,研究探索其NTC温度范围内其实现高电阻值、低B值特征的可能性;掺杂Nb205以提高半导化程度,降低材料的电阻率;添加BN做助烧剂,降低烧结温度。本文主要研究了烧结工艺与配方对BaTiO3基NTC热敏陶瓷材料的影响,并就线性NTC及高电阻率低B值的NTC材料做了研究。主要结论如下:(1)烧结温度对NTC材料的性能有很大影响,室温电阻率ρ25与烧结温度呈U型关系,本实验中,烧结温度在1180℃时,样品性能较好,为样品的较佳烧结温度。烧结中对样品进行适当的保温有利于助于晶粒半导化,降低室温电阻值,本实验中,保温1h时室温电阻率较小,样品的NTC性能也较好;(2)Pb能有效提高材料的居里点,扩大材料的工作温度范围。本实验中,居里点T。最高达330℃。同时,Pb的掺杂可以降低材料的电阻率,提高半导化程度;(3)BN是一种非常有效的助烧剂,能有效降低烧结温度,BN越多烧结温度越低。少量BN和Nb205的加入能提高材料的半导化程度,降低材料的电阻率,实验中BN为2mo1%时室温电阻率较低,ρ25=35.7Ω·cm。同时证实了Nb205有抑制晶粒生长的作用;(4)实验所得样品,电阻率为1316.7Ω·cm,B值为954.1,属于典型的高电阻率、低B值的NTC热敏电阻,且Tc为330℃,工作温度范围较大,具有良好的应用前景。
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全文目录
摘要 4-6Abstract 6-8目录 8-10第1章 引言 10-33 1.1 热敏陶瓷电阻概述 10 1.2 热敏陶瓷电阻的基本性能与参数 10-12 1.3 NTC热敏陶瓷电阻陶瓷 12-17 1.3.1 NTC材料的分类 12-14 1.3.2 NTC阻温特性 14-16 1.3.3 NTC电压-电流特性 16-17 1.4 PTC热敏陶瓷电阻陶瓷 17-20 1.4.1 PTC阻温特性 17-18 1.4.2 PTC电压-电流特性 18-19 1.4.3 PTC电流—时间特性 19-20 1.4.4 PTC电压效应和耐电压特性 20 1.5 其他热敏陶瓷 20-21 1.6 热敏感陶瓷的导电机理 21-24 1.6.1 能带理论 21-22 1.6.2 NTC热敏陶瓷导电机理 22 1.6.3 PTC热敏陶瓷的导电机理 22-24 1.7 BaTiO_3材料的特性 24-26 1.7.1 BaTiO_3的晶体结构和性质 24-26 1.7.2 BaTiO_3陶瓷的置换改性和掺杂改性 26 1.8 NTC热敏电阻的应用和研究进展 26-30 1.8.1 NTC热敏电阻应用 26-28 1.8.2 NTC热敏电阻发展及研究热点 28-30 1.9 本课题的立题依据及研究内容 30-33第2章 实验部分 33-41 2.1 实验原料及仪器 33-34 2.1.1 实验原料 33 2.1.2 实验仪器 33-34 2.2 合成路线与制备工艺 34-40 2.2.1 NTC陶瓷样品制备流程 34 2.2.2 NTC主要制备工艺 34-39 2.2.3 烧结中发生的几种变化 39-40 2.3 性能测试及设备 40-41第3章 工艺条件对材料性能的影响 41-43 3.1.1 烧结温度对室温电阻率的影响 41-42 3.1.2 保温时间对NTC材料的影响 42-43第4章 配方对材料性能的影响 43-55 4.1 半导化杂质对NTC材料性能的影响 43-45 4.1.1 半导化杂质的含量对室温电阻率的影响 43-44 4.1.2 Nb_2O_5对晶粒生长抑制作用 44-45 4.2 Pb对材料性能的影响 45-48 4.2.1 Pb置换量对居里点的影响 45-47 4.2.2 Pb过量对室温电阻率的影响 47-48 4.3 BN掺杂对样品性能的影响 48-51 4.3.1 BN降低烧结温度的研究 48-49 4.3.2 BN掺杂量对室温电阻率的影响 49-50 4.3.3 XRD结果分析 50-51 4.4 线性NTC的探索 51-53 4.5 高电阻率、低B值NTC研究 53-55结论 55-56致谢 56-57参考文献 57-61攻读学位期间取得学术成果 61
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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